40. Молочнокислое брожение (гомо- и гетероферментативное).

Ответ. Молочнокислое брожение - процесс превращения углеводов молочнокислыми бактериями в молочную кислоту. Возбудители молочнокислого брожения подразделяются на 2 группы: гомоферментативные и гетероферментативные, которые в свою очередь вызывают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение. В основу этого деления положены конечные продукты, образуемые при гомо- и гетероферментативном молочнокислом брожении. При гомоферментативном молочнокислом брожении образуется преимущественно молочная кислота. Химизм процесса: С6H12О6 → 2СН3СНОНСООН + Е. К гомоферментативным молочнокислым бактериям относятся молочнокислые стрептококки: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus thermophilus, а также молочнокислые палочки: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus acidophilus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacillus ptantarum. Гетероферментативное молочнокислое брожение и его возбудители. Конечными продуктами при этом брожении являются не только молочная кислота, но и побочные продукты: уксусная кислота, этиловый спирт, янтарная кислота, диоксид углерода, водород. Суммарное уравнение процесса имеет вид: С6H12О6 → СН3СНОНСООН + СООНСН2СН2СООН + СН3СООН + СН3СН2ОН + C02+Н2 +Е. К гетероферментативным молочнокислым бактериям относятся бактерии рода Streptococcus: Streptococcus diacetilactis, Streptococcus acetoinicus; бактерии рода Lactobacillus: Lactobacillus brevis, Lactobacillus helveticus, а также бактерии рода Leuconostoc: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc cremoris. Все молочнокислые бактерии грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофилы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40-50 °С. Молочнокислые бактерии отличает высокая требовательность к питательной среде: они нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах группы В12, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе. Молочнокислые бактерии обитают, в основном, на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков. В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу. Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты. Молочнокислое брожение находит широкое применение при изготовлении кисломолочных продуктов, сливочного масла, маргарина, используется в хлебопечении, при квашении овощей, силосовании кормов и производстве молочной кислоты. Многие мезофильные гетероферментативные молочнокислые бактерии и лейконосток являются вредителями в производстве спирта, пива, вина, безалкогольных напитков, сахара и др.

41. Культивирование иммобилизационных клеток микроорганизмов.

Ответ. Важным направлением микробиологии и биотехнологии является производство и использование иммобилизованных ферментов. Ферменты по многим своим свойствам, прежде всего активности и специфичности, намного превосходят химические катализаторы. Ферменты обеспечивают протекание биохимических реакций без высоких температур и давлений, а ускоряют их в миллионы и миллиарды раз. Но здесь возникает принципиальное затруднение: многие ферменты после их извлечения из клетки очень быстро инактивируются и разрушаются. Многократно их нельзя использовать. Было найдено следующее решение проблемы. Для того чтобы стабилизировать (иммобилизировать) ферменты, сделать их пригодными для многократного длительного промышленного использования, ферменты присоединяют к нерастворимым либо растворимым носителям. Методы иммобилизации клеток основаны на способности микроорганизмов к адсорбции на твердых поверхностях. Существуют два принципиально различных подхода к иммобилизации: химические методы; физические методы. Химические методы иммобилизации предполагают образование ковалентной связи между какой-либо из функциональных групп на поверхности клетки микроорганизма и материалом носителя. Эти методы применяются сравнительно редко, так как клетки в этом состоянии могут терять нужную активность. Физические методы иммобилизации реализуются в результате адсорбции микроорганизмов на поверхности различных нерастворимых синтетических или природных пористых материалов, при включении клеток в поры поперечносшитого геля и т. п. Например, при смешивании суспензии клеток бактерий с раствором полимера (например, полиакриламида, агарозы) с последующей полимеризацией образуется пространственная структура геля. В этом геле микроорганизмы оказываются заключенными в ячейки, которые ограничивают их перемещение, но не препятствуют поступлению питательных веществ и прохождению каталитических функций. В настоящее время активно разрабатываются методы иммобилизации клеток путем их включения в белковые мембраны с использованием коллагена, казеина, миозина и других белков или полипептидов. Мембраны с иммобилизованными клетками сворачивают в рулон и помещают в колонку, через которую пропускают субстрат. Иммобилизованные клетки сохраняют высокую ферментативную активность, что позволяет использовать их в непрерывно действующих технологических процессах. При этом облегчается выделение продуктов биосинтеза. Иммобилизованные ферменты находят применение в медицине. Например, для лечения сердечно-сосудистых заболеваний разработан препарат «стрептодеказа». Этот препарат можно вводить в сосуды для растворения образовавшихся в них тромбов. Растворимая в воде полисахаридная матрица, к которой химически привязана стрептокиназа, значительно повышает устойчивость фермента, снижает его токсичность и аллергическое действие, не влияет на активность и способность фермента растворять тромбы. Культивирование иммобилизованных клеток микроорганизмов находит широкое применение также в биотехнологии, а именно в производстве ценных органических веществ; в деградации токсичных природных и неприродных соединений, промышленных отходов; для очистки сточных вод от загрязнений. На основании таких исследований получило развитие новое направление биотехнологии – инженерная энзимология. Успехи в этой области существенно преобразили прикладную микробиологию, техническую биохимию и ферментную промышленность.